MWCNT와 epoxy-zinc도료의 상호작용에 따른 도막 성능평가 연구

Abstract

부식은 금속이 그들의 본래 상태인 산화물로 되돌아 갈려는 본질적인 성질 또는 자연적인 경향이라 할 수 있지만 금속 구조물의 경제적 손실을 야기하고 또한 안정성 측면에서도 큰 문제를 초래한다. 그래서 금속 구조물을 부식으로부터 보호하기 위해 수많은 방법들이 연구되어 왔고 지금도 활발히 연구 중이다[1]. 그 중에는 합금성분에 의해 소재 자체의 내식성을 향상시키는 방법이나 전기방식과 같은 방법도 있지만 일반적으로 도장에 의한 방식법이 가장 널리 이용된다[1]. 그 이유인 즉 도장에 의한 방식법은 도장되는 물체의 구조나 크기에 상관없이 적용이 가능하고 노화된 도막을 표면처리 한 후에 재도장함으로써 새로운 방식도막을 형성시켜 소재를 보호할 수 있기에 거의 영구적으로 방식효과를 얻을 수 있을 거라 기대하기 때문이다. 방식을 목적으로 소재위에 형성된 유기도막은 외부환경으로부터 온도, 자외선(UV), 수분(H2O), 및 산소(O2)등의 끊임없는 환경적 스트레스를 받는다(Fig.1). polyurethane, polyamide, polyester 및 epoxy등의 합성수지를 포함하는 유기도막은 기본적으로 도막의 물성을 결정하고 부식인자의 침투를 차단시키는 장벽으로서의 역할을 하며[2] 안료는 도막의 색상과 은폐력을 제공하고 부식인자의 침입을 지연시키거나 또는 침투된 부식인자에 의해 발생되는 부식반응을 억제하는 기능을 하게 된다. 따라서 수지성분과 안료의 기능이 상호보완적으로 적절하게 작용할 때 최상의 방식성능을 가지게 되고 이에 따라 도막의 수명 역시 좌우된다[3]. 21세기 들어서 나노테크놀로지(nanotechnology)는 바이오테크놀로지 (biotechnology), 정보테크놀로지(information technology) 와 더불어 차세 대 산업을 이끌어 갈 핵심 기술의 하나로 대두되었고, 미국의 National Nanotechnology Initiative(NNI) program의 시작을 필두로 일본, 유럽 등 전 세계적으로 이 분야의 기술적 우위를 선점하기 위한 범국가적 연구 사 업이 시작되었다. 특히, 나노테크놀로지 분야 중에서도 초미세기술 ‘나노기술’이 낳은 탄소나노튜브는 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 관 모양을 이루는 튜브형태의 신소재로서, 지난 91년 일본 NEC 연구소의 Iijima 박사에 의해 전자현미경으로 관찰된 이후 세계 각국의 과학자들에 의해 미래를 이끌어갈 신소재로 각광받고 있다[4]. 탄소나노튜브는 새로운 물질 특성의 구현이 가능하여 기초연구의 중요성과 산업적 응용성이 동시에 크게 각광받고 있으며 그동안 개발된 소재와는 전혀 다른 새로운 성질과 기능을 가진 소재로서 기존의 소재를 대신하여 반도체에서 나노로봇의 소재까지 다양한 용도를 자랑한다. 탄소나노튜브의 길이는 수 ㎚～수십 ㎛에 이르는 반면 직경은 수 ㎚ 정도로 극히 작기 때문에 나노튜브로 불리면서 나노기술의 대표적인 성공사례로 꼽힌다. 전기전도도는 구리와 비슷하고 열전도율은 다이아몬드보다 2배 이상 높으며, 강도는 강철의 10만 배와 같고 인장력도 뛰어나 완벽한 물성으로 평가받고 있다[5-6]. 본 연구에서는 zinc 함량이 증가함에 따라 방식성능은 우수하지만 부착력과 같은 도막물성 저하를 해결하기 위하여 유기도막에서 zinc 함량을 줄이는 대신 전기전도성과 기계적 성질이 우수한 MWCNT (Multi-Walled Carbon Nanotube)를 분산 후 첨가하여 barrier effect와 cathodic protection의 상호작용으로 인한 방식성능을 평가하고자 한다.

In this work, We used the MWCNT(Multi-Wall Carbon Nano-Tube) as a technical pigment and zinc pigment to increase the barrier property of organic coating and also tried to find out proper dosage of MWCNT for optimal working property and anticorrosive property. Anti-corrosive test according to different dosages of MWCNT+zinc in coatings were conducted. To check the anti-corrosive property, two of tests were conducted after thermal cyclic test. First test is pull off test to check the adhesion strength between substrate and organic coating. Second test is EIS measuring to check impedance of organic coating. before the accelerating test, the dispersion of MWCNT and zinc in coatings were checked with FE-SEM. The test result can be summarised as below. First, MWCNT(0.25wt%) and Zinc(PVC60)in formulation had a equivalent or better performance on adhesion property and rust spreadability in comparison with conventional epoxy formulations. Second, Zinc-epoxy coating added MWCNT have more surface area than Zinc-epoxy coating because of which it has better connectivity and conductivity. This connectivity resulted into better corrosion protection because of barrier as well as sacrificial cathodic protection to the base metal. Third, impedance reduction ratio has been decreased by increasing the amount of MWCNT and zinc in organic coating.